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Uma água gelada com gás.
Ondas quebrando na praia.
O crepitar de uma fogueira.
Vapor de uma chaleira.
Estes não são apenas ingredientes para um fim de semana relaxante, mas também fontes de aerossóis em nosso ambiente. Embora algumas dessas fontes de aerossóis não sejam uma grande preocupação, os aerossóis originários de fontes industriais, como estações de tratamento de águas residuais, e até fontes naturais, como spray marinho e poeira, têm a capacidade de causar mais impacto no meio ambiente e até mesmo a saúde pública.
Um aerossol é uma suspensão de gotículas líquidas ou partículas sólidas finas suspensas no ar. Embora os aerossóis sejam gerados de várias maneiras, uma das fontes mais significativas é o estouro de bolhas na interface entre um líquido e o ar. A maioria das pesquisas anteriores se concentrou em bolhas “limpas”, apesar de as interfaces contaminadas serem mais prevalentes.
Nova pesquisa da Universidade de Illinois Urbana-Champaign, professor assistente de Ciência Mecânica e Engenharia, Jie Feng, e estudante de pós-graduação Zhengyu Yang, mostrou que estourar bolhas revestidas por uma fina camada de óleo produz gotas com tamanhos menores, maior número total de gotas e são ejetadas a uma velocidade velocidade mais alta, em comparação com as bolhas geradas em água limpa. Esta pesquisa, “Formação de jato singular aprimorada no estouro de bolhas revestidas com óleo”, foi publicada recentemente na física da natureza.
Os aerossóis são bastante onipresentes em nosso ambiente e podem ser de natureza natural ou antropogênica. Os aerossóis de estouro de bolhas desempenham um papel fundamental na transferência de massa através de interfaces líquidas. Os aerossóis de spray marítimo, por exemplo, são gerados principalmente pelo estouro de bolhas na superfície do oceano. As gotas que são produzidas a partir do estouro de bolhas podem impactar a poluição do ar, o clima global e até mesmo a transmissão de doenças infecciosas. Um parâmetro importante dessas gotículas é seu tamanho, pois é indicativo do tempo de residência e transporte na atmosfera – pequenas gotas são mais facilmente levantadas pelos ventos e podem viajar muito mais longe.
Feng diz: “Temos água contaminada em todos os lugares. Quando a bolha sobe das águas mais profundas para a superfície, ela coleta contaminantes e forma uma camada orgânica ao seu redor. Chamamos isso de bolha contaminada. Quando atinge a superfície e estoura, pode realmente aerossolizar esses contaminantes em pequenas gotículas.”
Feng e Yang investigaram o impacto de uma fina camada de óleo no estouro de bolhas, como um sistema modelo para bolhas contaminadas. O estouro de uma bolha nua de tamanho milimétrico em uma superfície aquosa produz gotas com um tamanho típico de cerca de 100 micrômetros (µm) (um cabelo humano típico tem cerca de 100-200 µm). Neste trabalho, eles descobriram que as gotas podem ser tão pequenas quanto alguns µm quando a bolha estourada é revestida por uma fina camada de óleo. Além disso, o estouro de bolhas nuas produz gotas com uma velocidade de ejeção típica de 1 metro por segundo (m/s), enquanto o estouro de bolhas revestidas a óleo produz gotas com uma velocidade de ejeção tão grande quanto 10 m/s. Feng resume: “A principal conclusão do nosso trabalho é que descobrimos que, para essas bolhas contaminadas, elas podem aerossolizar os contaminantes de forma bastante eficaz em gotículas do tamanho de um mícron”.
Em um ambiente industrial como uma estação de tratamento de águas residuais, pequenas gotas contaminadas podem representar um risco significativo para aqueles que trabalham na estação. O estouro de bolhas nessas configurações pode gerar névoas ácidas e bioaerossóis. Compreender o efeito de bolhas contaminadas na distribuição de tamanho e velocidades de ejeção é crucial para projetar equipamentos de proteção individual eficazes e implementar diretrizes adicionais sobre a qualidade do ar e da água perto de tais instalações.
Em uma escala mais ampla, os aerossóis afetam o clima, o clima e até a saúde humana.
“Essas gotículas podem transportar patógenos, bactérias e vírus”, disse Yang. “Quando você tem esses aerossóis pequenos e eles podem ser ejetados mais alto, o tamanho pequeno e a velocidade de ejeção mais alta podem ajudá-los a permanecer na atmosfera por mais tempo”. Compreender o tamanho e a composição dos aerossóis é importante para melhorar os esforços de modelagem global. Além disso, essas gotas contaminadas podem representar um risco maior de disseminação de poluentes, bem como de infecção, uma vez que aerossóis menores são capazes de penetrar mais profundamente no trato respiratório do que aerossóis maiores.
Outros colaboradores deste trabalho incluem Bingqiang Ji (coautor, pós-doutorado, MechSE, UIUC) e Jesse T. Ault (professor assistente, School of Engineering, Brown University).
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